谐波平衡法是近年来数值模拟非定常流动所发展的频域计算方法,是传统时域计算方法之外的另一种方法。该方法以傅里叶级数展开为基础,将非定常流动转化为几个时刻的“定常”流动耦合求解,并通过重建得到整个非定常流动过程。本文从谐波平衡法的理论出发,推导三维RANS方程的谐波平衡方程。采用谐波平衡法数值求解了不同边界条件下的一维波动方程和Burgers方程,验证谐波平衡法的可行性和有效性,结果表明:边界条件、振幅、频率和网格密度对求解都会产生影响;流场中存在间断时,计算需要足够多的谐波才能达到精度要求。数值模拟HBS模型在不同参数下的强迫俯仰振动,详细考察谐波平衡法的计算精度、效率和内存需求。结果表明:谐波平衡法特别适用于中小振幅下的非定常流动计算,且计算时间受减缩频率影响较小,和时域方法相比,谐波平衡法数值模拟长周期问题优势明显。基于Etkin非定常气动力模型,将谐波平衡法应用于动导数辨识,给出HBS模型小振幅强迫俯仰振动下的动导数计算结果。计算表明:谐波平衡法和时域方法的动导数辨识结果基本一致,与实验值较为接近,进一步验证了程序的正确性和谐波平衡法的可靠性。数值模拟了类X51机体/推进一体化飞行器在不同攻角下的强迫俯仰振动,进行动导数辨识,结果与时域方法的相比,初步考察了谐波平衡法在复杂外形下数值模拟非定常流动和动导数辨识的能力。